DE2759787C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Hochspannungsversorgung eines Hochspannungssystems mit einem Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung mit zwei Endanschlüssen und einer Mittenanzapfung sowie einer Sekundärwicklung, einem Gleichrichter für die an der Sekundärwicklung auftretende Wechselspannung, mit den Endanschlüssen der Primärwicklung verbundene, als Schalter gegen Erde wirkende, in Gegentakt arbeitende Schalttransistoren, und einer Gleichspannungsregelschaltung zum Zuführen einer geregelten Gleichspannung zur Mittenanzapfung der Primärwicklung, wie sie beispielsweise aus der US-PS 38 93 006 bekannt ist.

Die bekannte Einrichtung zur Hochspannungsversorgung dient zum Anlegen der Hochspannung an eine Spritzpistole einer elektrostatischen Beschichtungseinrichtung. Die Schaltfrequenz der Schalttransistoren hängt von den Induktivitäten der Primärwicklung und der Mittenanzapfungswicklung sowie den Kapazitäten dieser Wicklungen ab und ist daher nur ungenau festgelegt. Zur Erhöhung der Sicherheit wird bei der bekannten Einrichtung der Rückkehrstrom von der Spritzpistole überwacht und bei einem Überstrom die Hochspannungsversorgung abgeschaltet.

Aus der DE-AS 21 44 202 ist eine Vorrichtung zur Regelung der zwischen zwei als Elektroden wirkenden Anlagenteile von Hochspannungsfelder erzeugenden Anlagen anstehenden Betriebshochspannung auf einen das Entstehen von Überschlägen vermeidenden Wert bekannt, bei welcher dem Regler als Eingangsgröße der vom gegenseitigen Abstand der beiden Anlagenteile abhängige, im Hochspannungskreis fließende Strom zugeführt ist. Hierzu ist der Regler auf seiner Eingangsseite mit einer Stromfühlerstufe verbunden, die ihrerseits mit einer Sprühpistole, die eine Elektrode eines Elektrodenpaares bildet, verbunden ist. An der Stromfühlerstufe läßt sich ein bestimmter Entfernungs-Grenzwert einstellen, bis zu welchem eine einstellbare Grenzspannung beibehalten werden soll. Nach Erreichen des Entfernungs-Grenzwerts wird der Regler wirksam und senkt die Betriebsspannung ab.

Weiterhin ist aus der "Siemens Zeitschrift" 45, Heft 9, Seite 567 bis 572 (1971) eine Elektrofiltersteuerung mit direkter Durchbruchserfassung beschrieben, bei welcher in bestimmten Zeitabständen Durchbrüche herbeigeführt werden, um die Durchbruchsfestigkeit des Gases, die eine obere Grenze für die Hochspannung darstellt, abzutasten. Als Maß für die Höhe der Filterspannung dient die Helligkeit einer Glimmlampe, deren Vorwiderstand im Ölkessel eines Gleichrichters an dessen Hochspannungsseite angeschlossen ist. Diese Helligkeit wird durch ein Fotoelement registriert und so potentialfrei ein Maß für die Spannung an der Hochspannungsseite eines Transformators erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beispielsweise aus der US-PS 38 93 006 bekannte Einrichtung in der Weise weiterzuentwicklen, daß eine schnellere und genauere Regelung erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung erfolgt daher eine regelnde Einwirkung auf die Spannung auf der Primärseite mit Hilfe einer Steuerspannung, die auf der Ausgangsseite des Hochspannungsgleichrichters gewonnen wird. Hierdurch kann ein kontinuierlicher Betrieb ohne Spannungsausfälle erzielt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine zum Teil in Form eines Blockschaltbildes wiedergegebene, schematische Schaltung eines automatischen Systems zum elektrostatischen Aufbringen von Beschichtungen bzw. Überzügen mittels Hochspannung;

Fig. 2 eine zum Teil als Blockschaltbild wiedergegebene, schematische Schaltung einer Einzelheit des Systems der Fig. 1; und

Fig. 3a und 3b schematische Schaltungen von zwei Einzelheiten des Systems der Fig. 1.

In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbilds ein automatisches System 10 dargestellt, um mittels Hochspannung elektrostatisch eine Beschichtung bzw. einen Überzug von einem Zerstäubungs- und Ladekopf 12 aus auf einen Gegenstand 14 aufzubringen, welcher im allgemeinen an dem Zerstäubungs- und Ladekopf 12 vorbei auf einem Förderer bewegt wird.

Das System 10 weist eine Hauptstromversorgung 16 auf, um einen Gleichstrom mit einer Zwischenspannung von beispielsweise 28 V zu erzeugen. Außerdem ist eine zusätzliche Stromversorgung 18 vorgesehen, um einen Gleichstrom bei einer oder mehreren entsprechend niedrigeren Spannungen, beispielsweise von ±15 V, zu erzeugen. Die Stromversorgungen 16 und 18 in der dargestellten Ausführungsform schaffen alle von dem System 10 verbrauchte Energie.

Das System 10 weist ferner eine Steuer- und Anzeigetafel 20 auf, auf welcher der Betriebszustand des Systems ständig angezeigt ist. Um die für ein elektrostatisches Aufbringen bzw. Beschichten erforderliche Hochspannung von beispielsweise -140 kV zu erzeugen, sind eine Schalt- und Regelschaltung 22 sowie ein Hochspannungstransformator 24 vorgesehen. Der Hochspannungstransformator 24 weist eine Primärwicklung 26 und eine Sekundärwicklung 28 auf.

Eine als Hochspannungsgleichrichter- und Vervielfacherschaltung arbeitender Gleichrichter 30 ist mit der Sekundärwicklung 28 des Transformators 24 verbunden. Der Gegenstand 14 wird auf oder beinahe auf dem Potential eines Anschluß eines Paars von Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 32 und 34 gehalten. Der Gleichrichter 30 erzeugt an den Anschlüssen 32 und 34 ein ausreichendes Potential, so daß zerstäubte Partikel von Beschichtungs- bzw. Überzugsmaterial, z. B. Farbe, zu dem Gegenstand 14 hin angezogen und auf diesem (14) aufgebracht wird.

Mittels einer Taktimpulsschaltung 38 wird die Schalt- und Regelanordnung 22 angesteuert, um die Spannung der Hauptstromversorgung 16 an der Primärwicklung 26 zu schalten und um eine Hochspannung an der Sekundärwicklung 28 zu erzeugen.

Der Gegenstand 14 wird im allgemeinen auf einer Fördereinrichtung an dem Zerstäubungs- und Ladekopf 12 vorbei transportiert. Infolgedessen ist der Gegenstand 14 bezüglich des Zerstäubungs- und Ladekopfes 12 beweglich und das Potential an den Ausgangsanschlüssen 32 und 34 sollte so gesteuert werden, daß, wenn der Gegenstand 14 dem Kopf 12 zu nahe kommt, das Potential an den Anschlüssen 32 und 34 schnell auf einen vernachlässigbaren niedrigen Wert herabgesetzt wird. Dies wird hauptsächlich aus Sicherheitsüberlegungen getan, um beispielsweise zu verhindern, daß Bedienungspersonen des Systems 10 einem Hochspannungsüberschlag ausgesetzt sind, und um zu verhindern, daß durch einen derartigen Überschlag leicht entzündliche Materialien entzündet werden, welche in der Luft in der Nähe des Zerstäubungs- und Ladekopfes 12 schweben können. Natürlich kann ein derartiger Überschlag auch für das System 10 selbst schädlich sein. Um derartige gefährliche Bedingungen zu vermeiden, ist in dem System eine Kurzschließeinrichtung 36 für die Hochspannung und den hohen Strom vorgesehen. Die Kurzschließeinrichtung 36 ist mit dem Gleichrichter 30 verbunden und mit ihr kann das Potential an den Anschlüssen 32 und 34 sehr schnell auf einen vernachlässigbar niedrigen Wert herabgesetzt werden. Um die Kurzschließeinrichtung 36 zu steuern, ist eine Voraussage-Steuerschaltung 40 mit dem Gleichrichter 30 und der Kurzschließschaltung 36 verbunden. Die Schaltung 40 überwacht die Bedingungen in dem Gleichrichter 30 und schützt diesen gegen derartige unerwünschte Bedingungen, wie Überlasten und Kurzschließen, indem entsprechend diesen überwachten Bedingungen Steuersignale für die Kurzschließeinrichtung 36 erzeugt werden. Die Kurzschließeinrichtung 36 spricht auf derartige Steuersignale an, wie vorher vorgeschlagen worden ist, um das Potential an den Ausgangsanschlüssen 32 und 34 auf eine Nennspannung oder auf 0 V herabzusetzen.

Die Voraussage-Steuerschaltung 40 weist eine statische Überlastungsschutzschaltung 42 auf, welche auf einen absoluten, maximal zulässigen Strom zwischen den Anschlüssen 32 und 34 eingestellt wird. Sobald durch die statische Überlastungsschutzschaltung 42 ein Strom gefühlt wird, der über diesen zulässigen maximalen Strom hinausgeht, wird die Kurzschließeinrichtung 36 betätigt. Die Schaltung 40 weist ferner eine einen fest vorgegebenen Unterschied feststellende oder die (Flanken-) Steilheit führende Schaltung 44 mit einer Abfrage- und Haltefunktion auf. Die die (Flanken-)Steilheit führende Schaltung 44 fragt mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, von z. B. 5 Hz, einen gefühlten Zustand, beispielsweise den Stromfluß zwischen den Anschlüssen 32 und 34 des Gleichrichters 30 ab und vergleicht diesen abgefragten und gehaltenen Zustand während jedes "Halte"-Intervalls mit dem tatsächlichen oder Sollwert dieses gefühlten Zustandes. Wenn der tatsächliche Strom den gespeicherten Wert um einen vorbestimmten, einstellbaren, fest vorgegebenen Unterschied überschreitet, gibt die die Steilheit fühlende Schaltung 44 ein Signal ab, durch welches die Kurzschließeinrichtung 36 betätigt wird, um das Potential an den Anschlüssen 32 und 34 herabzusetzen.

Die Voraussage-Steuerschaltung 40 weist ferner eine automatische Bereichsschaltung 46 auf. Wenn Gegenstände 14 verschiedener Größen und Formen in sich ändernden Ausrichtungen an dem Kopf 12 vorbeitransportiert werden, kann sich der augenblickliche Spitzenstrom zwischen den Anschlüssen 32 und 34 beträchtlich ändern. Um ein ständiges Unterbrechen des Arbeitsablaufs zu vermeiden, kann die Bedienungsperson eine statische Überlastungsschaltung 42 so einstellen, daß die Schaltung 42 die Einrichtung 36 nicht auslöst. Auch kann sie von Hand die einen fest vorgegebenen Unterschied feststellende Schaltung so einstellen, daß ein stark unterschiedlicher Strom zwischen den Anschlüssen 32 und 34 fließen kann, um dadurch das lästige, fortlaufende Unterbrechen des Arbeitsablaufs aufgrund des Auslösens der Kurzschließeinrichtung durch die einen fest vorgegebenen festen Unterschied feststellende Schaltung zu vermeiden. Um gegenüber den Gefahren, die mit diesem Umstand zusammenhängen, einen gewissen Schutz zu schaffen, überwacht die automatische Bereichsschaltung 46 auch einen Betriebsparameter des Gleichrichters 30. Im allgemeinen und in der dargestellten Ausführungsform bezieht sich dieser Betriebsparameter auf den Strom zwischen den Anschlüssen 32 und 34.

Die automatische Bereichsschaltung 46 überwacht, ähnlich wie die einen fest vorgegebenen Unterschied feststellende Schaltung 44, ständig die Betriebsbedingungen. Außerdem und ähnlich wie die einen vorgegebenen Unterschied feststellende Schaltung 44 vergleicht die automatische Bereichsschaltung 46 den abgefragten und gehaltenen Wert des überwachten Zustandes des Gleichrichters 30 mit einem vorher ausgewählten Vielfachen des tatsächlichen Zustandes. Dieses vorher ausgewählte Vielfache wird im voraus auf die Arbeitsweise des Systems 10 eingestellt und berücksichtigt Unterschiede bezüglich Form, Größe und Ausrichtung der Gegenstände 14. In der dargestellten Ausführungsform ist dieses vorher ausgewählte Vielfache gesondert veränderlich. Dieses vorher ausgewählte Vielfache kann jedoch selbstverständlich auch ständig geändert werden. Durch die automatische Bereichsschaltung 46 sind infolgedessen die Gefahren überwunden, die sonst vorhanden wären, wenn die Bedienungsperson die statische Überlastungsschutzschaltung 42 auf einen sehr hohen Wert zurückstellt und die einen fest vorgegebenen Unterschied feststellende Schaltung 44 entweder zurückstellt oder abschaltet, wenn sehr große Teile zu überziehen sind. Die automatische, einen bestimmten Bereich vorgebende Schaltung 46 läßt eine beträchtliche Abweichung des Ausgangsstroms zwischen den Anschlüssen 32 und 34 zu, während gleichzeitig festgelegt und bestimmt werden kann, wann ein Überlastungs- oder kurzgeschlossener Zustand wahrscheinlich an den Anschlüssen 32 und 34 auftritt.

Da in dem System 10 Gleichstrom geschaltet wird, um die Hochspannung an dem Stufen- bzw. Aufwärtstransformator 24 zu erzeugen, müssen eine oder mehrere Schaltwellenformen in dem System 10 erzeugt werden. Hierzu weist das System 10 eine in Fig. 2 dargestellte Taktimpulsschaltung 38 auf. Die Schaltung 38 weist einen Unÿunktion-Transistor (UJT) 240 auf, dessen Basis über einen Belastungswiderstand 242 mit Erde und dessen andere Basis über einen Vorspannungswiderstand 244 mit -15 V verbunden ist. Die Emitterschaltung des Transistors (UJT) 240 weist zwischen Erdpotential und -15 V eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 246, einem Widerstand 248 und einem Potentiometer 250 zur Frequenzeinstellung auf. Das Ausgangssignal von diesem UJT-Oszillator ist über einen Kondensator 252 sowie über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 254 und einem Widerstand 256 mit der Basis eines NPN-Transistors 258 verbunden. Basis-Vorspannungswiderstände 260 und 262 des Transistors 258 sind zwischen + und -15 V geschaltet. Der Kollektor des Transistors 258 ist über einen Widerstand 264 mit +15 V verbunden. Der Emitter des Transistors 258 ist über einen Widerstand 266 mit -15 V verbunden. Der Transistor 258 und die ihm zugeordneten Bauteile bilden eine Pufferstufe zwischen dem UJT-Oszillator und der folgenden Stufe.

Der Emitter des Transistors 258 ist über einen Kondensator 268 und eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 270 und einem Widerstand 272 mit der Basis eines Transistors 274 verbunden. Die Basis des Transistors 274 ist über einen Widerstand 276 auf +15 V vorgespannt. Der Kollektor des Transistors 274 ist über einen Widerstand 278 mit +15 V und sein Emitter ist über einen Widerstand 280 mit Erde verbunden.

Der Transistor 274 erzeugt an seinem Kollektor einen positiv verlaufenden Impuls, welcher in einem monostabilen Multivibrator 282 in Form einer integrierten Schaltung geformt wird. Das Ausgangssignal an einem Anschlußstift 2 des Multivibrators 282 ist mit einem Eingangsstift 7 eines Zählers 284 mit einem Teilverhältnis von 1 : 10 verbunden. Das Ausgangssignal an einem Anschlußstift 12 des Zählers 284 ist mit einem Eingangsstift 14 eines J-K-Flip-Flops 286 verbunden. Die zwei Ausgangsanschlußstifte 10 und 14 des Flip-Flops 286 sind mit Eingangsanschlußstiften 7 und 15 eines Wellenforminverters 288 in Form einer integrierten Schaltung verbunden. Der UJT-Oszillator 240 arbeitet bei etwa 50 kHz, so daß an den Ausgangsanschlüssen 290 und 292 der Taktimpulsschaltung 38 zwei positiv verlaufende Rechteckimpulse mit entgegengesetzten Phasen und mit Frequenzen von 5 kHz erzeugt werden.

Mit Hilfe von zwei Transistoren 294 und 296, deren Basen über Widerstände 298 bzw. 300 mit dem Eingangsanschlußstift 7 und dem Ausgangsanschlußstift 12 des Zählers 284 verbunden sind, wird der Betrieb der Taktimpulsschaltung 38 überwacht. Die Emitter der Transistoren 294 und 296 sind geerdet, und ihre Kollektoren sind über Reihenschaltungen aus Widerständen 302 bzw. 304 und LED-Dioden 306 bzw. 308 mit einer Speisespannung von +15 V verbunden, um sichtbar anzuzeigen, daß die Taktimpulsschaltung 38 arbeitet.

Anhand von Fig. 3a wird nunmehr die Hochspannungs-Schalt- und Regulieranordnung 22 an der Primärwicklung 26 beschrieben. Ausgangsanschlüsse 290 und 292 der Taktimpulsschaltung 38 sind über Parallelschaltungen aus einem Kondensator 310 und einem Widerstand 312 bzw. einem Kondensator 314 und einem Widerstand 316 mit den Basen von zwei vorgeschalteten Steuertransistoren 318 bzw. 320 verbunden. Die Emitter der Transistoren 318 bzw. 320 sind mit Erde verbunden, während ihre Kollektoren über Belastungswiderstände 322 bzw. 324 mit einem Versorgungskondensator 326 verbunden sind. Der Kondensator 326 ist über eine Diode 328 zwischen den Anschluß 119 der Hauptstromversorgung 16 und Erde geschaltet.

Der Kollektor des Transistors 318 ist über zwei Basiswiderstände 330 und 332 mit zwei Treibertransistoren 334 bzw. 336 verbunden. Der Kollektor des Transistors 334 ist über einen Belastungswiderstand 338 mit dem Kondensator 326 verbunden. Der Kollektor des Transistors 336 ist über einen Widerstand 340 mit Erde verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 334 und 336 sind jeweils geerdet. Der Kollektor des Treibertransistors 334 ist mit der Basis eines weiteren Treibertransistors 342 verbunden. Der Kollektor des Transistors 342 ist über einen Belastungswiderstand 344 mit einer Versorgungsleitung 346 verbunden. Der Emitter des Transistors 342 ist mit dem Kollektor des Transistors 336 und mit der Basis eines Schalttransistors 348 verbunden. Der Emitter des Schalt-Transistors 348 ist geerdet.

Der Kollektor des Transistors 348 ist mit einem Anschluß 350 der Primärwicklung 26 eines Hochspannungstransformators 24 verbunden. Der Kollektor des Transistors 348 ist auch mit der Kathode einer Einschaltvorgänge unterdrückenden Zenerdiode 352 verbunden, deren Anode geerdet ist.

Der Kollektor des vorgeschalteten Transistors 320 ist über zwei Basiswiderstände 354 und 356 mit zwei Treibertransistoren 358 bzw. 360 verbunden. Der Kollektor des Transistors 358 ist über einen Belastungswiderstand 362 mit dem Kondensator 326 verbunden. Der Kollektor des Transistors 360 ist über einen Widerstand 364 mit Erde verbunden. Die Emitter der Transistoren 358 und 360 sind jeweils geerdet. Der Kollektor des Transistors 358 ist auch mit der Basis eines Treibertransistors 366 verbunden, dessen Kollektor über einen Belastungswiderstand 368 mit der Versorgungsleitung 346 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 360 ist mit dem Emitter eines Transistors 366 und mit der Basis eines Schalttransistors 370 verbunden. Der Kollektor des Schalttransistors 370 ist mit einem Anschluß 372 der Primärwicklung 26 des Hochspannungstransformators 24 verbunden. Der Kollektor des Schalttransistors 370 ist auch mit der Kathode einer Einschaltvorgänge unterdrückenden Zenerdiode 374 verbunden, deren Anode geerdet ist.

Durch die verschiedenen Transistorstufen zwischen dem Anschluß 290 der Taktimpulsschaltung 38 und dem Anschluß 350 an der Primärwicklung 26 wird das an den Anschluß 290 angelegte Signal so verstärkt, daß, wenn das Taktsignal positiv verläuft, der Schalttransistor 348 in Sättigung gesteuert wird, wodurch der Anschluß 350 etwa auf Erdpotential gelegt wird. Wenn das Signal am Anschluß 290 negativ verläuft, wird der Schalttransistor 348 gesperrt, wodurch das Erdpotential von dem Anschluß 350 entfernt wird. Die verschiedenen Transistorstufen zwischen dem Anschluß 292 und dem Anschluß 372 der Primärwicklung 26 werden entsprechend dem an dem Anschluß 292 angelegten Taktsignal mit der entgegengesetzten Phase gesteuert. Wenn das Signal am Anschluß 292 (entsprechend einem negativen Signal am Anschluß 290) positiv verläuft, wird der Schalttransistor 370 in Sättigung gesteuert, wodurch der Anschluß 372 annähernd auf Erdpotential gelegt wird. Wenn das Signal am Anschluß 292 (entsprechend einem positiv verlaufenden Signal am Anschluß 290) negativ verläuft, wird der Schalttransistor 370 gesperrt, wodurch das auf etwa Erdpotential liegende Potential an dem Anschluß 372 beseitigt wird.

Strom wird der Hochspannungs-Primärwicklung 26 über den Mittelanzapfungsanschluß 376 zugeführt. Der Anschluß 376 ist über eine Schutzsicherung 378 und ein Paar normalerweise offener Relaiskontakte 380 mit der Versorgungsleitung 346 verbunden. Die Basen von zwei Transistoren 382 und 384 sind über Widerstände 386 bzw. 388 mit den Kollektoren der Treibertransistoren 334 und 358 verbunden. Die Emitter der Transistoren 382 und 384 sind geerdet, während ihre Kollektoren über Reihenschaltungen aus einem Widerstand 390 und einer LED-Diode 392 bzw. einem Widerstand 394 und einer LED-Diode 396 mit +15 V verbunden sind. Die LED-Dioden 392 und 396 schaffen eine visuelle Anzeige des Betriebszustandes der entsprechenden Treibertransistoren 334 und 358.

Eine linear geregelte Gleichspannung wird der Versorgungsleitung 346 in einer Weise zugeführt, welche nicht näher ausgeführt wird. Ein Anschluß 398 der Regelschaltung der Fig. 3a überwacht ständig ein Signal, das in der Hochspannungsschaltung der Fig. 3b erzeugt wird. Die Art und Weise, auf welche dieses Signal erzeugt wird, wird in Verbindung mit Fig. 3b beschrieben. Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Regelschaltung reicht es aus, zu wissen, daß das Signal am Anschluß 398 direkt proportional der Hochspannung am Ausgang zwischen den Anschlüssen 32 und 34 der Fig. 1 ist. Infolgedessen enthält das Signal am Anschluß 398 einen wesentlichen Gleichspannungsanteil, der dem ziemlich hohen Gleichspannungsanteil der Spannung an den Anschlüssen 32 und 34, z. B. einer Gleichspannung von 140 kV entspricht. Jedoch weist die Spannung an den Anschlüssen 32 und 34 und infolgedessen das Signal am Anschluß 398 auch eine beträchtliche Wechselstrom-Welligkeit oder ein Rauschen von verschiedenen Quellen auf. Beispielsweise kann viel Rauschen dem Schalten mit 5 kHz in der Primärwicklung 26, welche mit der Sekundärwicklung 28 gekoppelt ist, und dem Schalten in dem Gleichrichter 30 (Fig. 1, 3b) zugeschrieben werden, wobei die an der Sekundärwicklung 28 induzierten Spannungsänderungen gleichgerichtet und vervielfacht werden. Um ein im wesentlichen rauschfreies Signal zu erhalten, das sich nur auf die Gleichspannung an den Anschlüssen 32 und 34 bezieht, müssen alle möglichen Wechselspannungsanteile aus dem Signal am Anschluß 398 herausgefiltert werden.

Da ein Großteil des Rauschens bei der Schaltfrequenz von 5 kHz oder einem Vielfachen davon vorkommt, wird ein Filter, welches bei einer Frequenz dämpft, die erheblich niedriger ist als 5 kHz, in der dargestellten Ausführungsform verwendet. Das Filter 400 ist ein aktives dreipoliges Filter, das im allgemeinen unter der Bezeichnung Butterworth- bzw. Potenzfilter bekannt ist. Das Filter 400 fällt bei 100 Hz ab. Der Anschluß 398, der Eingangsanschluß des Filters 400, ist über drei in Reihe geschaltete Widerstände 402, 404 und 406 mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 3 eines in Form einer integrierten Schaltung ausgeführten Operationsverstärkers 408 verbunden. Nachstehend werden derartige Einrichtungen der Einfachheit halber als "Verstärker" bezeichnet, wobei selbstverständlich integrierte Schaltungen in großem Umfang in der dargestellten Ausführungsform verwendet sind.

Die Verbindung der Widerstände 402 und 404 ist über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 410 und einer Zenerdiode 411 geerdet. Der Anschluß 3 des Verstärkers 408 ist über einen Kondensator 412 geerdet. Der Ausgangsanschluß 6 des Verstärkers 408 ist über einen Kondensator 414 mit der Verbindung der Widerstände 404 und 406 verbunden. Der Anschluß 6 ist auch über einen Rückkopplungswiderstand 416 mit dem invertierenden Eingangsanschluß 2 des Verstärkers 408 verbunden. Der Anschluß 2 ist über einen Widerstand 418 geerdet.

Das Ausgangssignal am Anschluß 6 des Verstärkers 408 ist über einen Widerstand 420 mit dem invertierenden Eingangsanschluß 14 eines weiteren Verstärkers 422 verbunden. Der nichtinvertierende Anschluß 13 des Verstärkers 422 ist über einen Widerstand 424 geerdet. Ein Rückkopplungswiderstand 426 ist zwischen den Ausgangsanschluß 12 des Verstärkers 422 und dessen Eingangsanschluß 14 geschaltet.

Der Anschluß 12 des Verstärkers 422 ist mit der Kathode einer Diode 428 verbunden, deren Anode über einen Reihenwiderstand 430 mit der Basis eines Treibertransistors 432 verbunden ist. Die Basis des Transistors 432 ist über einen Widerstand 434 geerdet, während dessen Emitter über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 436 und 438 mit einer Speisespannung von -15 V verbunden ist. Die Verbindung zwischen den Widerständen 436 und 438 ist mit der Anode einer Zenerdiode 440 verbunden, deren Kathode geerdet ist.

Der Kollektor des Transistors 432 ist über einen Widerstand 442 mit der Basis eines vorgeschalteten Regeltransistors 444 verbunden. Der Kollektor des Transistors 444 ist über zwei Widerstände 446 und 448 mit dem Kollektor des Transistors 432 verbunden. Die Kathode einer Zenerdiode 450 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 446 und 448 verbunden, während ihre Anode geerdet ist. Die Kathode der Zenerdiode 450 ist über einen Widerstand 452 mit der Versorgungsleitung 346 verbunden.

Der Emitter des Transistors 444 ist mit der Basis eines Treibertransistors 454 verbunden. Der Emitter des Transistors 454 ist mit den Basen von drei parallel geschalteten Ausgangstransistoren 456, 458 und 460 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 456 bis 460 sind mit dem Gleichspannungsanschluß 119 verbunden; ihre Emitter sind über Reihenwiderstände 462, 464 bzw. 466 mit der Versorungsleitung 346 verbunden.

Der Gleichspannungsanteil des Hochspannungssignals am Anschluß 398 wird an den Anschluß 14 des Verstärkers 422 angelegt. Der Verstärker 422 und die Transistoren 432, 444 und 454 verstärken dieses Gleichspannungssignal und steuern damit die Transistoren 456 bis 460 an, um die Amplitude der Gleichspannung an der Versorgungsleitung 346 entsprechend zu regulieren. Diese Spannung, welche der Mittelanzapfung 376 der Primärwicklung 26 des Hochspannungstransformators 24 zugeführt wird, ist die Spannung, welche an der Primärwicklung 26 geschaltet wird und in der Sekundärwicklung 28 hinauftransformiert wird. Die an der Sekundärwicklung 28 erzeugte Spannung wird somit durch die Regelschaltung linear gesteuert. Anzeigeschaltungen 468 und 470, welche transistorgesteuerte LED-Dioden aufweisen, die den vorbeschriebenen entsprechen, schaffen visuelle Anzeigen des Sginalflusses durch das Butterworth-Filter 400 bzw. den vorgeschalteten Transistor 444.

Die in Fig. 3a dargestellte Regelschaltung weist ferner eine Schaltung 472 zum Einstellen der Hochspannung auf, welche über den Hochspannungsregler betrieben wird. Die Schaltung 472 weist eine Zenerdiode 474 auf, deren Kathode geerdet und deren Anode über einen Widerstand 476 mit -15 V verbunden ist. Mit der Zenerdiode 474 sind ein Potentiometer 478 zum Einstellen der Hochspannung und ein Paar normalerweise offener Relaiskontakte 480 in Reihe geschaltet. Der Schleifer des Potentiometers 478 ist über einen Widerstand 482 mit dem invertierenden Eingangsanschluß 6 eines Verstärkers 484 verbunden. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß 5 des Verstärkers 484 ist über einen Widerstand 486 geerdet, während sein Ausgangsanschluß 4 über einen Rückkopplungswiderstand 488 mit dem Eingangsanschluß 6 verbunden ist. Der Anschluß 4 des Verstärkers 484 ist über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 490 und 492 geerdet.

Der Ausgangsanschluß 4 des Verstärkers 484 ist ferner über zwei in Reihe geschaltete, eine Zeitkonstante festlegende Widerstände 494 und 496 mit einem Anschluß eines für ein weiches Einsetzen vorgesehenen Kondensators 498 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Eine Diode 500 ist parallel zu dem Widerstand 496 geschaltet, um eine Entlade-Zeitkonstante für den Kondensator 498 zu schaffen, welche sich von dessen Ladezeitkonstante unterscheidet.

Die Verbindung der Diode 500 und des Kondensators 498 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 9 eines Verstärkers 502 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß 8 und der Ausgangsanschluß 10 des Verstärkers 502 sind kurzgeschlossen, so daß der Verstärker 502 einen nichtinvertierenden Verstärker darstellt. Der Anschluß 10 des Verstärkers 502 ist über einen Widerstand 504 auch mit dem invertierenden Eingangsanschluß 1 eines Verstärkers 506 verbunden. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß 2 des Verstärkers 506 ist über einen Widerstand 508 mit der Verbindung zwischen den Widerständen 490 und 492 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 510 ist zwischen den Ausgangsanschluß 3 des Verstärkers 506 und dessen Eingangsanschluß 1 geschaltet. Der Ausgangsanschluß 3 des Verstärkers 506 ist ferner mit der Anode einer Diode 512 verbunden, deren Kathode einen Anschluß 514 bildet. Eine Anzeigeschaltung 516 mit einer transistorgesteuerten LED-Diode, welche den vorbeschriebenen Anzeigeschaltungen entspricht, schafft eine visuelle Anzeige eines Signals am Anschluß 514. Der Anschluß 10 des Verstärkers 502 ist über parallel geschaltete Widerstände 518 und 522 mit dem invertierenden Eingangsanschluß 14 des Verstärkers 422 verbunden.

Ein Großteil der Schaltung mit den Verstärkern 484, 502 und 506 und den zugeordneten Schaltungselementen wird nachstehend in Verbindung mit der Steuerschaltung 50 (Fig. 1) beschrieben. Vorerst reicht es jedoch aus, zu wissen, daß das mittels des Potentiometers 478 eingestellte Hochspannungspotential über die Verstärker 484 und 502 an den invertierenden Eingangsanschluß 4 des Verstärkers 422 angelegt wird. Selbstverständlich steuern diese Signale die Ausgangstransistoren 456 bis 460 der Reglerschaltung auf eine Weise, die der entspricht, in welcher die tatsächlichen auf die Hochspannung bezogenen Signale am Anschluß 398 des Butterworth-Filters 400 die Transistoren 456 bis 460 steuern.

Anhand von Fig. 3b wird nunmehr der Gleichrichter 30 beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform ist die Hochspannung eine negative Spannung mit hoher Amplitude, beispielsweise eine Gleichspannung von -140 kV. Um diese Hochspannung zu erzeugen, werden die Spannungsänderungen, die in der Sekundärwicklung 28 des Hochspannungstransformators 24 induziert werden, in dem Gleichrichter 30 gleichgerichtet, und beispielsweise um einen Faktor 6 vervielfacht. Zwölf die Hochspannung gleichrichtende Dioden 522 bis 544 sind in Reihe zwischen einen Anschluß 546 der Sekundärwicklung 28 und den Anschluß 448 für eine negative Hochspannung geschaltet. Sechs Paar von in Reihe geschalteten Speicherkondensatoren 550, 552; 554, 556; 558, 560; 562, 564; 566, 568 bzw. 570, 572 sind zwischen die Anoden der Dioden 522 und 530 und zwischen die Kathode der Diode 524 und die Kathode der Diode 532, zwischen die Anode der Diode 530 und die Anode der Diode 538, zwischen die Kathode der Diode 532 und die Kathode der Diode 540, zwischen die Anode der Diode 538 und die Anode einer Zenerdiode 580, deren Kathode mit dem Anschluß 546 verbunden ist, und zwischen die Kathode der Diode 540 und den anderen Anschluß 582 der Sekundärwicklung 28 geschaltet.

Ein Reihenwiderstand 584 mit einem großen Wert ist zwischen den negativen Hochspannungsanschluß 548 und den Ausgangsanschluß 32 geschaltet. Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 586 und den den Hauptstrom führenden Anschlüssen 588 und 590 der Kurzschließeinrichtung 36 ist zwischen den Anschluß 32 und Erde geschaltet. Die Anschlüsse 588 und 590 sind die Anschlüsse eines normalerweise geschlossenen, solenoidbetätigten Relais. Das Steuersolenoid 592 dieses Relais ist in Reihe zwischen den Anschluß 160 der Steuertafel 20 und Erde geschaltet. Zwischen den Anschluß 160 und Erde ist parallel zu dem Solenoid 592 eine in zwei Richtungen wirkende Zenerdiode 598 geschaltet, welche das Solenoid vor einer Überspannung schützt.

Die Hochspannungsschaltung 30 weist zusätzlich einige Fühlschaltungen auf. Ein Anschluß eines Widerstands 600 mit einem sehr großen Wert ist mit dem Anschluß 548 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands 600 ist mit einer Parallelschaltung aus einem Meßinstrument 602 für Kilovolt und einem die Skala des Meßinstruments steuernden Widerstands 604 geschaltet. Der andere Anschluß dieser Parallelschaltung ist mit dem Anschluß 398 des aktiven Filters 400 der Fig. 3a verbunden. Die Parallelschaltung aus einem großen Widerstand 606 und einem Kondensator 608 ist zwischen den Anschluß 398 und Erde geschaltet. In der Schaltung aus den Widerständen 600 und 606 ist der Widerstandswert der Parallelschaltung aus dem Meßinstrument 602 und dem Widerstand 604 vernachlässigbar im Vergleich zu den Werten der Widerstände 600 und 606. Infolgedessen stellen die Widerstände 600 und 606 einen Spannungsteiler zwischen dem Anschluß 548 und Erde mit einem extrem hohen Widerstandswert dar. Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist ein Spannungssignal, das sich unmittelbar auf die Hochspannung an dem Anschluß 548 bezieht, am Anschluß 398 verfügbar.

Ein Anschluß einer Parallelschaltung aus einem Mikro-Amperemeter 610 und einem dessen Skala zugeordneten Widerstand 612 ist mit dem Anschluß 546 der Sekundärwicklung 28 verbunden. Eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 616 und einem Kondensator 614 ist zwischen den anderen Anschluß 618 des der Skala des Mikro-Amperemeters zugeordneten Widerstands und Erde geschaltet. Da die Verbindung des Hochspannungskondensators 568 und der Zenerdiode 580 auf Erdpotential liegt, ist hieraus zu ersehen, daß der Anschluß 618 auf einem etwas positiven Potential gehalten wird (das kleiner als oder gleich der Durchbruchspannung der Zenerdiode 580 in Sperr-Richtung ist). Hieraus kann ersehen werden, daß, da die Schaltung des Mikro-Amperemeters 610 zwischen den Anschluß 546 der Sekundärwicklung 28 und Erde geschaltet ist, der durch die Schaltung fließende Strom gleich dem Strom ist, der zwischen den Anschlüssen 32 und 34 der Hochspannungsschaltung 30 fließt. Infolgedessen ist die Spannung am Anschluß 618 immer unmittelbar proportional zu dem Strom, der zwischen den Anschlüssen 32 und 34 fließt.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Hochspannungsversorgung eines Hochspannungssystems, enthaltend:

• a) einen Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung mit zwei Endanschlüssen und einer Mittenzapfung und mit einer Sekundärwicklung,
• b) einen Gleichrichter für die an der Sekundärwicklung auftretende Wechselspannung,
• c) mit den Endanschlüssen der Primärwicklung verbundene, als Schalter gegen Erde wirkende, in Gegentakt arbeitende Schalttransistoren, und
• d) eine Gleichspannungsregelschaltung zum Zuführen einer geregelten Gleichspannung zur Mittenanzapfung der Primärwicklung,

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• e) mit dem Gleichrichter (30, Fig. 3b) ist ein Widerstands- Spannungsteiler (600-608) zur Ableitung einer der gleichgerichteten Hochspannung proportionalen Steuerspannung verbunden;
• f) die Steuerspannung (an 398) wird der Gleichspannungsregelschaltung (400, 422, 454, 472) als Istwert zugeführt; und
• g) die Schalttransistoren (348, 370) werden mit einer externen, stabilen Taktfrequenz beaufschlagt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstands-Spannungsteiler einen mit dem Gleichrichter (30) verbundenen Widerstand (600) mit hohem Widerstandwert aufweist, der an eine Parallelschaltung aus einem Meßinstrument (602) und einem Widerstand (604) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (604) des Widerstands-Spannungsteilers über einen Kondensator (608) an Erde liegt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (398) des Widerstands-Spannungsteilers (600, 608) mit einem aktiven Filter (400) in der Gleichspannungsregelschaltung (400, 422, 454, 472) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsregelschaltung ein mehrpoliges, aktives Filter (400), einen Verstärker (422) und eine Schaltungsanordnung (472) zur Einstellung der Hochspannung aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalttransistoren (348, 370) mit einer externen, stabilen Taktfrequenz von etwa 5 Khz beaufschlagt werden.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Taktimpulsschaltung (38) mit einem Oszillator (240) und einem monostabilen Multivibrator (282) zur Erzeugung der stabilen Taktfrequenz.